澳门中小学开展人工智能教育的经验、问题与未来举措

李树英

摘要：在中小学开展人工智能教育是国家培育未来人才、提升核心竞争力的重要战略举措。作为中华人民共和国特别行政区的澳门，在中小学人工智能教育方面已进行了积极的探索，如通过试点学校探索了中小学人工智能的课程与教学新模式，利用教师工作坊组织和培育了中小學人工智能教育的专业师资，以及为学生搭建人工智能交流与学习平台等。但是，澳门中小学人工智能教育仍然面临顶层设计缺乏和专业师资短缺等问题，不利于其从试点开展向普及推广拓展。我国内地人工智能教育强调顶层设计的经验和香港地区强调的高校引领与多方协同开发教材的做法，为澳门未来推动中小学人工智能教育提供了参考。具体而言，一方面澳门特别行政区政府应出台相关政策文件，为中小学人工智能教育提供制度保障和政策指引;另一方面应合力设计和开发高质量的教材，创新课程教学形式，培育优质师资力量，深化校企协同合作，从而确保澳门中小学人工智能教育的普及发展与质量提升。

关键词：人工智能教育;师资培育;教材研发;澳门中小学

中图分类号：G434   文献标识码：A    文章编号：1009-5195（2022）04-0041-07  doi10.3969/j.issn.1009-5195.2022.04.005

一、研究背景

随着颠覆性技术的迅猛发展，人工智能已成为国际竞争的新焦点和经济发展的新引擎。在中小学开展人工智能教育，为国家培养具备21世纪竞争力的人才，是我国抢抓人工智能发展制高点的重大战略之一。2017年国务院在《新一代人工智能发展规划》中提出，要“完善人工智能教育体系，加强人才储备和梯队建设”，“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”（中华人民共和国中央人民政府，2017）。2018年教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》，明确要求“将学生信息素养纳入学生综合素质评价”，“完善课程方案和课程标准，充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容”（中华人民共和国教育部，2018）。在此背景下，澳门特别行政区政府教育及青年发展局于2021年6月颁布了《非高等教育中长期规划（2021—2030）》，将“加强创意与科技教育”作为未来澳门非高等教育的四个重要发展方向之一，并提出要“发展人工智能教育，培育学生未来所需的人工智能素养”（澳门特别行政区政府教育及青年发展局，2021a）。本文立足澳门中小学人工智能教育的发展现状，通过借鉴香港和内地中小学人工智能教育的课程实施经验，来审视和分析当前澳门中小学人工智能教育的不足，以期为其未来发展提供参考和镜鉴。

二、澳门中小学人工智能教育发展现状

从课程标准设立、教材开发、教学资源配置、师资培育等实际情况来看，当前澳门中小学人工智能教育的发展主要聚焦在如下方面：

1.试点学校先行，积极探索人工智能课程与教学新模式

通过教育发展基金，澳门在部分学校开展了人工智能教育课程的先导计划，助力学校开展智慧教育。在各学校正式课程的设置上，目前澳门只有培正中学（包括小学部）、濠江中学两所学校有专门面向每一个班级学生开设独立的人工智能课程。其他学校虽然没有设置独立的人工智能课程，但是会将人工智能教育融入在STEAM课、设计与科学课、常识课等课程当中，比如部分学校在小学阶段会在常识课中教授图形化编程、文字编程等与人工智能相关的基础知识。

澳门濠江中学于2020年11月举行了“人工智能教育课程应用学校”授牌仪式，标志着“中央电化教育馆中小学人工智能课程”在澳门地区的试点、应用与推广正式开始（澳门濠江中学，2020）。濠江中学与科大讯飞公司合作，利用“AI 畅智言平台”和“未来派人工智能套件”，在初一年级开设了人工智能课程，通过跨学科的项目式学习，把人工智能技术应用到不同情景中。例如，“未来超市”项目涉及 AI 综合、数学、电脑和美术等4个学科，需要由各科教师分工合作完成（如图1所示），他们通过跨学科、情景式的教学，能引领学生真切感受人工智能在生活中的应用（澳门特别行政区政府教育及青年发展局，2021b）。

澳门培正中学正式开设人工智能课程“数学AI”已有3年时间。目前该课程在该校中学部的开设学时、面向学生群体和使用教材的情况如表1所示。调研发现，该校开设的人工智能课程相较其他学校的最大特色在于，重视人工智能与数学的密切联系。“数学AI”的任课教师为该校的数学教师，学生在学习诸如“操纵智能小车”“如何用传感器检测环境”“图像处理”“自然语言处理”等人工智能相关课题时，除了要学会如何使用人工智能平台、编程工具，以及与知识完成相关的任务之外，任课教师还会引导学生思考其背后与数学相关的理论。例如，高二“数学AI”课程以“自动驾驶”为背景，将数学知识和人工智能技术应用相融合，通过引导学生将一些自动驾驶技术应用上所面临的问题化繁为简，利用已学到的数学知识，将简化后的问题通过Python编程来解决。这一学习过程有助于培养学生的计算思维，也能让他们深刻感受到人工智能是如何渗透在数学等基础学科以及日常生活中的（澳门特别行政区政府教育及青年发展局，2021b）。值得一提的是，该课程在开设之初，由于本校数学教师缺乏人工智能教学经验，因此从校外聘请了人工智能相关机构的专业教师和本校数学教师共同协作来完成课程教学。随着本校数学教师对课程的逐步深入了解和适应，现已过渡到独立讲授此门课程。

2.开放教师工作坊，培育人工智能教育专业师资

人工智能作为一种新型的课程，许多教师对其教学内容还不熟悉。目前澳门中小学人工智能教育课程基本上是由学校原有的数学、常识、资讯与科技等学科教师负责教授的。教师往往是在经历一段短暂的培训后就要“上手”进课堂进行实操教学，如何教授独立的人工智能课程或者将人工智能融入到已有的学科中，这对于非人工智能专业出身的教师来说是不小的挑战。

为加强人工智能教育的师资队伍建设，澳门各试点学校和政府部门积极组织交流分享会和教师培训活动。开设人工智能课程的试点学校经过教学实践后，藉由澳门特区政府提供的各类交流平台，积极向澳门其他学校分享经验。如澳门特别行政区政府教育及青年发展局于2021年举办了人工智能教育教学案例展示活动分享会（见图2），通过有关案例分享，为澳门本地区教师提供了人工智能教育实际操作的参考。这不仅有助于吸引教师积极参与人工智能教学，推动科技与教育的深度融合，而且也有助于提升教学成效和师生的人工智能素养。

此外，澳门特别行政区政府教育及青年发展局亦通过开展“内地优秀教师来澳交流计划”系列活动、“科技教师工作坊—AI4Y—人工智能活动体验”和“人工智能与数学教学初探”等主题培训活动，帮助澳门中小学教师更好地适应并开展人工智能课程与教学，从而为更好地促进澳门人工智能教育发展提供充足且优质的师资力量。

3.开展学生交流，致力搭建拓展学生人工智能视野的平台

近年来，澳门一方面积极组织学生参与内地的交流活动，如北京—澳门中学生科技合作交流活动、粤港澳青少年科技创新合作交流活动等;另一方面组织中小学生前往澳门高等院校参观国家重点实验室、观摩澳门青少年机器人竞赛等活动，促使中学生了解人工智能的前沿发展，不断扩展其视野，并激发其对人工智能学习的热情。

总体而言，澳门在中小学人工智能教育的探索阶段已取得一定的成果，但目前仍未发布中小学人工智能课程标准，而且人工智能的专业师资仍处于短缺境况。人工智能教育在澳门中小学从试点开展到普及推广，仍有很大的努力空间。

三、内地与香港中小学人工智能教育经验借鉴

1.内地经验：顶层设计，依据规划和标准宏观指导课程实施

随着《新一代人工智能发展规划》等国家政策文件的陆续发布，内地各中小学纷纷开展了人工智能教育的实践探索。 2019年1月，教育部举办了中小学人工智教育项目成果发布会，会上宣布将北京、广州、深圳、武汉、西安作为开展人工智能教育的第一批试点城市（柯进，2019）。在过去几年中，内地中小学人工智能教育主要依托信息技术学科、科创课程、STEAM课程进行融合开展。部分学校根据学校发展及学生实际情况，编写了人工智能教育校本教材，尝试开展基于人工智能校本课程的教学实践。例如，人大附中建立了面向全体学生的普及教育和面向少数学生的金字塔形“STEAM+人工智能教育课程体系”（周建华等，2018）。有的省份还自主开发了地方教材，如广东省于2020年3月正式在实验学校应用地方教材《人工智能》开展实验教学，并于2021年对外发布教材。该套教材是全国首套经省级教材审定部门审定通过的中小学人工智能教材。教材面向3年级到8年级的学生，共12册，每册均涵盖人工智能通识、人工智能应用、人工智能编程、智能机器人开发四大板块。

虽然近年来市面上也陆续推出了多种人工智能教材，但还没有国家层面的课程标准为其提供指导，因而使得各类教材质量参差不齐。2021年10月，中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会发布《中小学人工智能课程开发标准（试行）》，从顶层设计的高度为中小学人工智能课程校本化开发和个性化实施提供了宏观的指引依据。该课程标准从整体上提出了一套较为完整的课程体系，内容涵盖“人工智能与社会”“人工智能与人类智能”“人工智能原理与技术”三大主题，主题下设“生活感知与调查实践”“简单模拟与推理实践”“黑箱探究实践”“AI硬件设计实践”“原理揭示实践”“AI程序设计实践”六大核心实践类型，并以核心实践为支撑，根据学生发展情况将中小学人工智能教育划分为四个学习阶段（中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会，2021）。

总体看来，内地中小学人工智能教育经历了从多所试点学校的探索到经验推广后的日渐成熟的发展历程。随着国家层面人工智能教育课程标准的发布，中小学人工智能教育必将朝着更加系统化、科学化、规范化、普惠化的方向发展。

2.香港经验：高校引领，多方合力协同推动教材研发

香港主要从特区政府宏观政策、高校科研引领、基础教育界教师实践探索等方面合力推动其中小学人工智能教育的发展。香港创新及科技局于2020年发布《香港智慧城市蓝图2.0》，提出培育人工智能青年人才的策略和推行中学IT创新实验室计划（香港创新及科技局，2020）。在香港赛马会慈善信托基金的資助下，香港中文大学及香港赛马会自2019年起开展了为期3年的“中大赛马会‘智’为未来计划”，并于2021年9月发布了香港首套人工智能教学资源套——《香港人工智能教育初中课程——教学资源套》。该教学资源套由香港中文大学工程学院及教育学院教授团队联同6所先导中学共同编写而成。教学资源套分教师版和学生版，并附有教学指引和教学案例，为教师教授这门新型的课程提供了切实的参考。教学资源套中富含许多具有香港本地生活特色的案例，涵盖AI基本原理、AI于不同方面的应用、AI伦理和未来工作等课程，包括意识、知识、互动、能力强化、伦理及影响五大范畴，共有12个章节，合计55个课题，可供教师弹性取材进行教学（见表2）。此外，该套教材还设计了AI智能车CUHK-JC iCar、无人机等硬件以及网上学习平台，有助于教师运用相配套的软硬件工具进行AI教学，进而提升教学效果（中大赛马会智为未来计划，2021）。

香港本地高校和科研团队具有良好的课程学理论基础和开发能力，在推动香港中小学人工智能教育的发展上发挥了重要作用。依据香港本地中学一线教师的反馈，以前教师只能依靠个人自行在网络上搜索资源进行教学，本套教材的出版有助于中学教师更加科学系统地开展人工智能教育教学。香港依据学生发展具体情况开发符合本地特色的人工智能教材这一做法，为澳门中小学人工智能教育的开展提供了一定的参考。

四、澳门中小学人工智能教育未来发展举措

澳门中小学人工智能教育虽已取得一定成效，但对比内地和香港的人工智能教育现状，其在保持自身独特优势的同时，仍可从中借鉴诸多宝贵经验。未来，澳门中小学人工智能教育在从当前的试点探索阶段走向普及推广阶段的过程中，仍需从政策制度保障、课程顶层设计、教学资源配置、课程师资培育等方面进一步完善。

1.出台政策文件，为澳门中小学人工智能教育提供指引

澳门虽然已在2021年出台的《非高等教育中长期规划（2021—2030）》中提出要“发展人工智能教育”的愿景，但目前还未有专门针对人工智能教育方面的具体落实计划。为进一步推动澳门中小学人工智能教育的普及化发展，澳门特区政府可根据当地实际发展需求，制定相关发展行动计划。一是从战略目标、工作任务部署等宏观角度对澳门人工智能教育发展作出布局，促使社会各界共同为澳门人工智能教育的发展提供助力。二是从顶层设计澳门中小学人工智能教育的课程标准框架。澳门的中小学课程开发和教材选用长期以来已形成了自主开发、自由选用的多样化特征，当前开展人工智能教育所使用的课程也是以参考国内外课程标准框架为主。如果能结合澳门本地实际发展情况，制定并发布澳门本地的课程标准框架及课程开发指引，则能更好地指导和推动澳门中小学人工智能课程建设，并促进人工智能教育的普及与深化发展。

2.合力开发适切课程，推动人工智能教育在澳门中小学的普及

设计和实施高质量的课程，是人工智能教育可持续发展的关键。当前澳门中小学人工智能课程正在经历学校试点的摸索阶段，已累积了一定的经验，但其课程设计在系统性和科学性上仍有待进一步优化，具体可从以下几方面进行努力。

首先，明确课程培养目标，引领澳门中小学人工智能课程开发。课程目标涉及“培养什么人”的问题，是课程开发与教材编写的首要依据。2021年11月，中央电化教育馆组织研制了《中小学人工智能技术与工程素养框架》，针对人工智能与人类、人工智能与社会、人工智能技术、人工智能系统设计与开发 4 个领域内容，提出了 12 个一级指标，以及对应的 31 个二级指标（中央电化教育馆，2021）。这在一定程度上规范了中小学人工智能学科核心素养的基本内容与要求。当前澳门中小学人工智能课程在试点实施过程中，有部分教师对于“教什么”心存疑惑，其根本原因就在于缺乏明确的课程培养目标。中小学人工智能教育究竟是为了发展学生的知识与能力，还是培养何种素养，澳门应结合特区经济、文化和学生发展需要，努力回答好“培养什么人”这一首要问题。

其次，开发彰显澳门地区特色的地方课程内容与教材。当前澳门中小学人工智能教育还没有本土教材，小学开展人工智能教育主要依靠教师搜索网络资源等渠道自主编制课程内容以及相应的教材，中学则是利用企业开发资源或内地高校编制的教材。经历几年的试点教学，澳门一线教师在实际教学过程中，会结合学生实际情况和本土文化，在已有教材和教学资源的基础上对教学内容进行删减或增加。未来澳门可以在总结现阶段实践经验的基础上，尝试开发地方课程与教材，促使澳门中小学人工智能教育更符合澳门青年的发展实际。具体而言，在课程内容和教材开发人员构成上，可以借鉴香港开发本地人工智能教材的经验，通过地方教育行政部门、教育教研部门、高等院校与中小学校共同参与顶层设计，组成高校专家与中学一线教师合作研发团队，共同开发内容适切精准的、适合澳门中小学生发展需要的人工智能教育课程，以及与教材相匹配的智能教学硬件和软件。在课程内容和教材学段安排上，應当考虑人工智能课程内容从小学到中学的连贯性与科学系统性。例如，新加坡于2017年颁布“新加坡人工智能”（AI Singapore，AISG）计划，推出了一套涵盖小学、中学到全体公民的人工智能终身教育体系（徐鹏等，2022）。针对各年龄段特点，该体系的课程内容和难度逐级进阶，其中小学阶段着重人工智能启蒙，中学阶段则致力于为国家培养具有人工智能素养的人才。相较之下，当前澳门中小学人工智能课程内容较为零散，未来需针对不同学段学生的知识基础与能力、心智发展状况，设置适切的课程内容与教材，推动人工智能教育在澳门中小学的可持续发展。

再次，创新人工智能课程教学形式。人工智能课程与未来社会各个领域的生产和生活息息相关，具有很强的应用性特点。因此，人工智能课程在教学形式上应注重将知识与生活情境相结合，帮助学生在具身化的体验式学习中获得对人工智能的理解（Yang，2022）。具身化课程建设应包含三个基本维度：一是回归生活世界，促进课程叙事框架与学生学习轨迹的融合;二是引入具身体验，实现学习者身心与环境的不断互动;三是整合技术功能，为实体课程建设提供强大的中介工具（Wang et al.，2018）。这一框架对澳门中小学人工智能课程教学具有启发性。如何更好地设计课程与教学形式，将人工智能的抽象知识概念融入具象的情景体验中，促进学生将课程概念应用于实践生活中，是未来人工智能课程教学需要进一步深入探索的方面。

3.培养优质师资力量，促进人工智能教育教学质量提升

教育教学质量提升需要优质的师资作为保障。当前澳门人工智能教育的教师仍是紧缺的，这也是制约澳门中小学人工智能教育发展的一个重要因素。澳门《非高等教育中长期规划（2021—2030）》提出，要“培养师资，以适应未来教师须具备创意与智慧教育等相关教学能力，并着重整合科技到学科内容和教学法中，优化教学及促进教师专业发展”（澳门特别行政区政府教育及青年发展局，2021a）。目前澳门仍存在中小学人工智能教育师资培训不够系统化的问题，为此可从以下几方面着手改进：一是重视各科任教师的在职系统培训。人工智能是一个多学科交叉的综合领域，未来人工智能教育也应当融合在多个学科之中，因此需要多个学科的教师共同努力。在师资培训上，可根据人工智能与各学科之间的联系设计系统的培训。以澳门培正中学的“数学AI”课程为例，数学教师在教学实践之初，其实并不熟悉人工智能领域的知识，他们先是通过与校外机构专业人士进行协作教学，后来逐步过渡到独立担任课程的主讲教师。未来在师资培训上澳门可以继续以此为借鉴，邀请校外人工智能专家开展教师研修活动，帮助本校在职教师学习人工智能专业知识，并将其与其他基础学科进行更好地融合，从而促使本校各相关学科的教师逐步具备胜任教授人工智能课程的能力。二是大力引进人工智能教育方面的人才。一方面，人工智能作为新兴的专业，国内外许多高校已经陆续开设了该专业的学位课程，比如从我国教育部近几年在普通高等学校本科专业备案和审批结果的公示名单中可以发现，多所高校已获得了人工智能专业建设的资格。因此，澳门各中小学可有计划地从国内外高等院校招聘人工智能相关专业的毕业生，作为未来人工智能教育教学的中坚师资力量。另一方面，可聘请人工智能相关科技企业或高等院校的专家担任兼职教师以充实师资力量，通过举办“专家进中小学课堂教学”等活动，让学生了解人工智能领域的前沿发展，激发他们对人工智能的学习兴趣。

4.深化校企协同合作，助力人工智能教育不断发展

人工智能作为引领未来发展的战略性技术，其背后需要依靠一批高尖科技企业和科研人才的支撑。中小学肩负着为社会培养未来人工智能人才的任务，然而在现实中许多学校受限于办学条件，无法购买价格高昂的前沿人工智能产品，导致课程只能停留在理论知识讲授或较为粗浅的编程层面。鉴于此，中小学人工智能教育要向纵深发展，就不能单纯局限于本校的课堂教学。除了上述提到的将企业的师资力量“引进来”之外，还应该通过校企合作的形式，将企业的人工智能产品“引进来”。此外，中小学还需要做到“走出去”，去到各前沿科技企业现场、科技馆等场所感受人工智能的研发、制造与应用。通过校企合作的方式，使人工智能教育在中小学当中得以真正地开展起来。澳门特区政府在这方面已经有了很好的进展，正在统筹完善澳门科技馆的人工智能研学基地，并探索联合相关的科技企业开拓科普教育产业化的路径。

总之，人工智能已经渗透到社会生活的方方面面，普及人工智能教育是教育走向现代化，以及培养学生适应未来社会所需能力的重要举措。在全球人工智能教育如火如荼的风潮之下，澳门将顺应时代发展的需要，努力为当地培养未来科技发展所需人才作出应有贡献。

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